Přehled koncepcí pohonu osobních automobilů: Předohrab, nebo zadokolka?

Úvod, Motor vpředu a pohon přední nápravy

Tomu, jakým způsobem a kde má auto umístěné hnací ústrojí a následně jakou nápravu pohání, říkáme obecně koncepce. Ta rozhoduje o celé řadě skutečností. Třeba o prostornosti karoserie, o tom, jak nákladné bude auto na výrobu, ale také o jízdním projevu vozidla. Zmíněné lze samozřejmě ovlivnit více či méně i jinými způsoby, nicméně koncepci a její přirozené vlastnosti zcela obejít nelze. Pouze posunout, či mírně upravit.

Za léta vzniklo hned několik koncepcí. Některé přetrvaly do současnosti, jiné zanikly, případně se staly výsadou vybraných výrobců automobilů, většinou výlučných. U použité koncepce totiž hodně záleží na tom, jaký účel má vozidlo plnit, a tedy do jaké třídy patří. Asi těžko může rodinné požadavky na jízdu splňovat vůz s motorem uloženým podélně před zadní nápravou. A na druhou stranu, auto s motorem napříč před přední nápravou a pohonem všech kol nikdy nebude vynikat takovou agilitou jako vůz s motorem uprostřed.

Motor vpředu napříč, pohon předních kol – levná výroba, jízda s rozpaky

V posledních několika desetiletích se prosazuje koncepce s motorem vpředu napříč před přední nápravou a pohonem předních kol. Hlavní předností tohoto uspořádání jsou příznivé výrobní náklady. Koncepce s motorem napříč před přední poháněnou nápravou se v masovějším měřítku poprvé objevila už v 50. letech. Jejím autorem je slavný britský konstruktér firmy BMC (British Motor Corporation), později změněné na BL (British Leyland) a ještě později na Rover Cars. Mluvíme o Alecovi Issigonisi, tvůrci vozu Mini z roku 1959.

Aby Issigonis poskytl posádce maximum prostoru na minimální půdorysné ploše, rozhodl se někdejší čtyřválec série A uložit napříč před přední poháněnou nápravu. Na rozdíl od současných takto řešených aut byla ovšem převodovka (standardně čtyřstupňová, později i pětistupňová nebo dokonce samočinná) uložena pod motorem, respektive byla součástí bloku motoru. Podobně to měly vyřešeno také Francouzi z koncernu PSA na agregátech řady XY. Ty poháněly ještě Peugeot 205 do roku 1986 či Citroën Visa.

V současnosti je převodovka samostatným celkem uloženým z pohledu šoféra nalevo od motoru, tedy před řidičem. To za předpokladu, že je motor pravotočivý. Existují i výjimky, třeba starší vozy Honda či Rover s motory série D. Ty byly levotočivé, takže převodovka je u nich napravo od motoru, tedy vlastně před spolujezdcem. U obou zmíněných značek mohl hrát roli fakt, že Hondy i Rovery mají na domácích trzích (v Japonsku a UK) pravostranné řízení.

Zvláštní případ představuje malinká Toyota iQ. U ní je motor uložen spíše nad nápravou a převodovka dokonce mírně za ní. Skříň diferenciálu se stálým převodem je tady totiž před převodovkou, zatímco běžně bývá umístěna mírně za ní.

Koncepce s hnacím ústrojím napříč před přední nápravou má ale i svá omezení. A těch je poměrně dost. Jde zejména o vyvážení, kdy více kilogramů připadá na přední nápravu. Poměr je běžně od zhruba 65:35 až po 59:41 ve prospěch přední nápravy. Tady hodně záleží na velikosti palivové nádrže, ale také na uložení motoru.

Pro zlepšení rozložení hmotnosti mívala v minulosti auta motor v přídi posunutý co nejvíce vzad, navíc často ještě skloněný dozadu. Toto uplatňoval zejména Peugeot a Volkswagen, avšak jen ve spojení s většími a tedy hmotnějšími motory. Třeba VW Golf MK2/Mk3 má základní motor 1.4 skloněný vpřed, zatímco 1.8, respektive dvoulitr u GTI, je výrazně dozadu. A stejně tak Peugeot 306. Motor 1.4 a 1.6 z řady TU je vpředu, kdežto XU o objemu 1,8 nebo 2,0 litru je naopak hodně vzadu. Bylo to právě uložení motoru, které se u rychlých verzí zmíněných aut (v obou případech GTI nebo GTi) podílelo na vynikající ovladatelnosti.

Plusy

Prostornost, cena, hodí se pro masovou výrobu, dnes již solidní jízdní vlastnosti, v době vzniku předvídatelné chování na limitu (čitelné, ale nesportovní jízdní vlastnosti)

Mínusy

Značně zatěžuje přední část, problémy s trakcí, nevylučuje přenos záběrových sil do řízení, nehodí se pro vysoké výkony (i dnes je limitem nějakých 300 koní), omezený rejd předních kol, obtížnější řazení (převodovka je napříč)

Motor vpředu podélně, pohon předních kol

Motor vpředu podélně, pohon předních kol – dražší, ale (většinou) hmotnostně příznivější

Kdysi mívala auta poháněná přední kola, avšak jejich motor byl uložen nikoliv napříč před přední nápravou, nýbrž podélně. A to buď před ní, nebo nad ní. Prvně jmenované řešení mají dodnes vozy Audi, druhé jmenované celá plejáda aut. Třeba nám dobře známý Oltcit nebo velké vozy Renault 16, 20/30 či 25. A také model 21. Ten byl zajímavý tím, že motor 1.7 Energy (neplést se současnými Energy téže značky) ležel v přídi napříč, zatímco větší agregáty 2,0 litru či 2,2 litru umístil výrobce podélně. To si samozřejmě vyžádalo úpravy přídě, takže obě R21 mají různě dlouhý přední převis, o podélnících v motorovém prostoru nemluvě. Docela drahé řešení… U těchto vozů je převodovka umístěna za motorem, tedy v tunelu mezi nohama řidiče a spolujezdce. Pohon nápravy pak mohl být řešen diferenciálem, který se nacházel mezi motorem a převodovkou (tedy pod spojkou). Alternativou byl diferenciál, nacházející se více vpředu a pohon zajišťoval pomocný hřídel. Takto to mají moderní vozy Audi, u nichž je hřídel veden zprava podél převodovky.

Naopak třeba Saab 99 či první 900 mají převodovku schovanou pod motorem a přenos hnací síly na ní od klikového hřídele zajišťuje krátký řetěz! A třeba takový Renault 5 první generace měl převodovku před motorem. Proto má také jeho karoserie tak krátký přední převis.

Rozložení hmotnosti na nápravy by u motorů vpředu podélně s pohonem předních kol mělo být příznivější. Není tomu tak ale vždy. Dost záleží na tom, jak moc je motor vpředu. Třeba u Hondy Legend druh a třetí generace je jejich krátký vidlicový šestiválec uložen hodně vzadu. Naopak třeba u Audi A8 je hmotný motor úplně vpředu, takže je celý před nápravou. Do jisté míry to vyvažuje převodovka až za ní, ale ideál to rozhodně není.

Automobily, u nichž je hmotnost soustředěnou daleko od středu vozidla, mají v principu velký moment setrvačnosti neboli polární moment. Pomalu tak reagují na řízení, avšak při ztrátě přilnavosti pneumatik jdou do smyku plynuleji.

Asi nejvíce znají tuto koncepci naši motoristé z vozu Škoda Superb první generace, která byla technicky spjata s Volkswagenem Passat pátého vydání.

Plusy

Může přinést lepší rozložení hmotnosti, přesné řazení (je-li převodovka za motorem)

Mínusy

Komplikace, někdy zbytečně přetěžuje příď (při posunutí motoru zcela vpřed), omezuje prostor v kabině, cena, omezený rejd předních kol.

14

Fotogalerie

Motor vpředu a pohon zadní nápravy

Motor vpředu podél, pohon zadní nápravy (klasická koncepce) – předpoklad pro skvělé jízdní vlastnosti

Podélně vpředu uložený hnací řetězec s pohonem zadní nápravy býval ještě v 60. letech zcela běžný i u menších automobilů. Stačí vzpomenout na u nás populární VAZ 2101 a jeho pozdější deriváty. Jak léta plynula, začínala být tato koncepce, mnohými považována za klasickou, postupně vytlačována. A to zejména u automobilů nižších tříd.

Důvodů bylo hned několik. Podélně uložený hnací řetězec vyžaduje podlahu vozidla vytvarovanou tak, aby pod ní bylo možné uložit jak převodovku navazující na motor, tak i kloubový, lidově zvaný kardanový hřídel. Jde o takzvaný transmisní tunel nebo také tunel převodovky. Ta se tady nachází mezi nohama řidiče a spolujezdce podobně jako u některých aut s koncepcí s podélně uloženým motorem, avšak pohonem přední nápravy. Jen je tady o něco více vzadu.

Tím se dostáváme k další nevýhodě a tou je omezený prostor (v podélném i příčném směru). Prvně jmenovaný nedostatek se projeví více na zadních sedadlech, byť existují výjimky. Původní Ford Scorpio či Opel Omega tuto koncepci využívají a vzadu mají místa až nadbytek. Ale třeba starší BMW řady 3 či Mercedesy třídy C nebo ještě lépe raný „baby benz“ řady 190 (W201) mají vzadu místa zoufale málo. A to i na tehdejší poměry. U této koncepce holt platí, že čím rozměrově a rozvorově menší auto, tím více je prostor vzadu omezen.

Hlavní devizou klasické koncepce je dobrý předpoklad pro optimální rozložení hmotnosti na obě nápravy. Tady záleží na tom, jak moc je motor posunutý vzad. Čím více, tím samozřejmě lépe. Tuto koncepci již léta uplatňují značky BMW a Mercedes-Benz.

Klasická koncepce se také vyznačuje optimálním polárním momentem. Ten není příliš velký, takže vozidlo rychle reaguje na pokyny řízení, ale ani příliš malý, takže na limitu přilnavosti přechází do smyku ještě relativně plynule a tedy dává řidiči prostor na případnou korekci. Pokut to tedy za něj již neudělá systém ESP.

Nevýhodou této koncepce je omezená trakce na kluzkém povrchu. Kdo někdy zdolával zasněžený kopec se starším BMW, jistě mi dá za pravdu. Dnes je toto samozřejmě zlepšeno díky zásahům chytré elektroniky. Naopak na suchu je trakce veskrze dobrá, vzhledem k tomu, že při akceleraci působí setrvačná síla proti směru pohybu, takže doslova tlačí zadní nápravu k vozovce. O tom si přední pohon, kde je naopak náprava při zrychlování nadlehčována, může nechat jen zdát.

Plusy

Většinou dobře rozložená hmotnost, snadná zástavba pohonu všech kol, trakce na suchém povrchu, přesné a plynulé řízení bez vlivu hnací síly motoru, vyvážené jízdní vlastnosti (mix ovladatelnosti a jízdního komfortu), velký rejd předních kol, přesné řazení (páka je takřka na převodovce, navíc v její ose podélné symetrie)

Mínusy

Cena, omezuje prostornost v kabině v příčném i podélném směru, vyžaduje kloubový hřídel (riziku parazitních momentů v hnacím řetězci – typické pro současné Audi quattro s manuálem)

6

Fotogalerie

Hnací ústrojí před zadní nápravou

Hnací ústrojí před zadní nápravou (uprostřed) – jako v F1

U ryzích „sporťáků“ se uplatňuje uložení motoru před zadní poháněnou nápravou, tedy vlastně takřka uprostřed vozu. Tato koncepce je nepoužitelná pro běžný cestovní, chcete-li rodinný vůz. Sice existují auta, která mají motor uprostřed a uspořádání sedadel 2+2 (konkrétně Ferrari Mondial či Lamborghini Uracco), avšak o nějaké efektivitě nemůže být řeč. Motor před zadní nápravou může být uložený podélně, nebo napříč.

Podélné uložení používají třeba vozy Ferrari s osmiválcovými motory, v minulosti také s dvanáctiválci. Pak lze převodovku uložit za motor a tedy vlastně až za nápravu či pod motor. Za motorem to mají zmíněná Ferrari s motorem V8 (348, 355, Modena) nebo britský Lotus Esprit, pod motorem slavná Testarossa a její pozdější deriváty 512TR a M512. Tady se využíval fakt, že dvanáctiválec těchto vozů byl ležatý s protiběžnými písty a tudíž měl nízkou stavbu.

Zvláštností jsou vozy Lamborghini s motorem V12. Řeč je o starším modelu Countach či pozdějším Diablu. U nich se konstruktéři ve snaze zajistit prvotřídní vyvážení a zároveň nabídnout řidiči i přesné a snadné řazení rozhodli uložit převodovku před motor. Ta se tak nachází v tunelu mezi sedadly. Od ní dozadu vede pomocný hřídel k diferenciálu zadní nápravy. Znamená to tedy, že převodovka a diferenciál jsou tady oddělené.

Motor před zadní nápravou napříč mají zpravidla menší sportovní vozy. Příkladem je Toyota MR2 všech tří generací nebo britský roadster MG F (TF) případně Lotus Elise. Stejně to měl také hranatý Fiat X1/9 od Bertoneho.

Koncepce s motorem před zadní nápravou zajišťuje nejmenší moment setrvačnosti ze všech koncepcí. Znamená to tedy, že tato auta v principu rychle reagují na řízení, v zatáčce se chovají dlouho neutrálně, avšak přechod do smyku je u nich poměrně rychlý. Jízda na limitu tak v jejich případě vyžaduje zkušeného řidiče s velkým citem pro řízení. Jde samozřejmě o základní principiální vlastnosti. Vhodným naladěním lze vrozenou charakteristiku měnit, takže i tato auta mohou být relativně bezpečná.

Plusy

Nejmenší moment setrvačnosti rovná se největší agilita jízdy, rozložení hmotnosti, překvapivě solidní komfort odpružení, velký rejd předních kol

Mínusy

Omezený přístup k motoru, hodí se jen pro sportovní vozy s uspořádáním kabiny maximálně 2+2, na limitu přilnavosti méně čitelné jízdní vlastnosti, obtížné chlazení motoru, obtížnější řazení (je-li převodovka až za motorem)

25

Fotogalerie

Motor uložený za zadní nápravou

Motor uložený za zadní nápravou – takřka vyhynulá koncepce

Motor uložený za zadní nápravou byl mezi konstruktéry automobilů nejvíce populární v 50. a 60. letech. V průběhu 70. let byla tato koncepce pomalu opouštěna ve prospěch motoru uloženého vpředu. Motor umístěný vzadu je z pohledu rozložení hmotnosti na nápravy značně nevýhodný. V době zavádění byla jako výhoda často zmiňována nízká hlučnost v kabině - řidič zkrátka seděl od motoru dále. Zadní pasažéři to ale viděli už trochu jinak… Koho rodiče vozili ve Škodě od 1000 MB po 136 GL, ví, o čem mluvím.

Koncepce s motorem vzadu ale byla oblíbená také z jiného důvodu. Tím začal být zvýšený zájem o pasivní bezpečnost vozidel. Aby bylo auto pro posádku bezpečné při čelním nárazu, musí být jeho přední část pojata jako deformační zóna mařící kinetickou energii při střetu s překážkou. A k tomu se motor uložený v přední části vozu moc nehodí. Naopak bez něj je tady dost „deformačního“ místa, takže se příď může snáze mačkat. Dnes se to může jevit jako nesmysl, v 60. letech to ale konstruktéry takto zamýšleno skutečně bylo. Při tehdejším stavu techniky, při neexistující počítačové simulaci bylo skutečně obtížné příď navrhnout tak, aby vyhovovala požadavkům na pasivní bezpečnost. Samozřejmě je řeč je o běžných autech, ne o vozech, které měly motor podélně za přední nápravou a před ním metr místa (Corvette aj).

Slabinou koncepce s motorem za zadní nápravou je podobně jako před tou přední velký moment setrvačnosti vozidla. Ta však pracuje v tomto případě spíše proti řidiči. Lehká příď totiž znamená občas dost omezenou trakci, takže takové vozidlo je zejména na kluzkém povrchu výrazně nedotáčivé. Naopak zadní zatížená náprava má trakce víc než dost, což v dobách, kdy se jezdilo takto koncipovanými škodovkami, ocenil snad každý. Že šlo se Škodou 120 zdolat zasněžený kopec i s tehdy běžnými (tedy celoročními) pneumatikami ví každý, kdo s tímto autem někdy jezdil.

Lehká příď ale přinášela rovněž omezenou směrovou stabilitu. Řidiči Tatry 613 tak přiznají, že ve vyšších rychlostech (původní 613 jela až 190 km/h) se vůz hůře řídil. Přitom Tatra 613 byla unikátní tím, že měla motor nikoliv až za zadní nápravou, ale nad ní, tedy více vpředu. Samozřejmě to šlo řešit. Třeba u Porsche to už kdysi dokázali, ale bylo to obtížnější a vyžadovalo to hodně času v aerodynamickém tunelu. Navíc auta s motorem vzadu (ať už podélně, nebo napříč) jsou dost citlivá na boční vítr. Stačilo na dálnici předjet se „stodvacítkou“ kamion...

Koncepce s motorem za zadní nápravou je už přežitkem. Ano, Porsche 911 ji stále používá a za těch více než 50 let ji inženýři této značky dovedli takřka k dokonalosti. To se ovšem nedá říct o aktuálním Renaultu Twingo/Smartu ForTwo. Tahle dvojka se jízdně moc nepovedla.

Plusy

Vynikající trakce zadní nápravy i na mokru, neomezuje prostornost v kabině, snadná cesta k účinné deformační zóně přídě (platilo kdysi), velmi přesné a plynulé řízení, velký rejd předních kol

Mínusy

Obtížné chlazení, špatné rozložení hmotnosti, značná citlivost na boční vítr, špatná trakce předních kol (nedotáčivost), toporné řazení převodovky

10

Fotogalerie

Transaxle

Transaxle – z pohledu jízdy nepřekonatelné, ale drahé

Poslední koncepcí je Transaxle. Obecně to znamená motor vpředu, tedy nad nebo za přední nápravou, uložený podélně a převodovka vzadu, obvykle až za nápravou (a tedy také za diferenciálem). Transaxlů vzniklo za léta hned několik. Asi nejlepším příkladem jsou vozy Porsche 924/944/968 a 928, tedy se čtyř- a osmiválcovými motory, vyráběné v letech 1975 až 1995. U nich navíc výrobce použil ještě jednu zajímavost a tou je pevné spojení skříně převodovky s blokem motoru. Prostě mezi skříň spojky a přední přírubu diferenciálu se vložila dutá trubka, v níž rotoval hřídel uložený ve valivých ložiskách. Tímto řešením došlo k vyztužení hnacího řetězce, takže tato Porsche neznají parazitní momenty od pohonu, tedy pokud je v dobrém stavu. Druhým důvodem použitého řešení byla opět pasivní bezpečnost. Alespoň tak to bylo tehdy vysvětlováno.

Naopak kritizováno bylo řazení. Tím, že je spojka vpředu, tedy v setrvačníku, dochází ke zvýšenému namáhání synchronizace převodovky. To byl také důvod, proč osmiválec 928 používal dvoukotoučovou spojku, díky čemuž mohl být snížen průměr lamely spojky (byly tady dvě, ale menší) a tím klesla i obvodová rychlost hnacího hřídele. Porsche z důvodu řazení používalo synchronizaci nikoliv rozšířenou od firmy Borg Warner, nýbrž podle vlastního návrhu.

Transaxle používala také Alfa Romeo a to od typů Alfetta přes Giuliettu Mk2 až po modely 75 a 90. A také u kupé GTV na bázi Alfetty. V případě Alfy Romeo byl ale použit klasický kloubový hřídel (kardan) a spojku umístili Italové těsně před převodovku, tedy dozadu.

Výhodou Transaxlu je asi nejlepší poměr mezi stabilitou a agilitou (schopností auta rychle reagovat na pokyny řízení). Rozložení hmotnosti na nápravy je tady v ideálním poměru 50:50, u některých Porsche to bylo 49:51 ve prospěch zadní nápravy. Tato auta tak reagují solidně na řízení, ale přitom si zachovávají potřebnou stabilitu při rychlé jízdě. Navíc tím, že je hmotnost dobře rozložena, nemusejí mít ani přehnaně tvrdý podvozek. Třeba Porsche 944 udivuje kvalitou jízdy.

Transaxle se i nadále používá. Třeba u sportovního Mercedes-AMG GT. Transaxle používalo také Maserati (třeba u typu Coupe z roku 2001) a Ferrari (456GT, 550 Maranello). A dále Aston Martin V8 Vantage či DB9. Kouzlo Transaxlu objevili rovněž Američané a to u Corvette C5 v roce 1997. Nesmíme zapomenout ani na vozy Volvo 340/360 či naší Škodu Popular z roku 1934.